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arXiv:2005.04681v2 [quant-ph] 2020 年 8 月 20 日
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计算量子物理学 (CQP) 的使命是为研究人员提供在计算机上建模量子系统的工具。由于量子力学中的大多数问题无法通过分析解决，数值方法一直受到追捧，并在量子力学的发展中发挥着重要作用。在 20 世纪 90 年代末至 21 世纪 10 年代初期间，实验物理学的几波进展推动了 CQP 领域的活动，例如超冷物质量子光学的出现（以实验室中玻色-爱因斯坦凝聚态的产生为标志 [1]）和超导微波技术的快速发展（导致第一代量子计算机原型的诞生 [2]）。几乎一夜之间，CQP 不仅成为理论量子物理学的一个分支，帮助后者获得新知识，而且还成为设计新实验和设计量子设备的方法工具箱。 CQP 的新地位加强了量子物理学与高性能计算 (HPC) 之间的联系，并改变了该领域研究活动的特征。从 2010 年代开始，熟悉尖端计算技术并了解如何使用它们处理更大、更复杂的模型成为专业知识的重要元素。到目前为止，CQP 代表了量子物理学、应用数学和 HPC 的协同组合，其中最后一个组成部分的重要性不亚于前两个组成部分。在本文中，我们概述了用于量子系统动力学数字模拟的算法的演变 [3]。因此，我们不讨论用于寻找基态或/和第一激发态的不同对角化、重正化和变分技术（除非相应的技术是所讨论的模拟算法的一部分）。我们将重点放在资源扩展、集群实现和并行化等计算方面，并尝试在 HPC 技术发展的背景下解决这些问题。通过采用 Gartner 新兴技术成熟度曲线的思想 [4]，我们可以从图 1 中看出这一演变过程。

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